有毒有机污染物质的微生物降解

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1、第五章生物体内污染物质的运动过程及毒性第一节物质通过生物膜的方式第二节污染物质在机体内的转运第三节污染物质的生物富集、放大和积累第四节污染物质的生物转化第五节毒作用的生物机制六、有毒有机污染物质的微生物降解烃类（烷烃、烯烃、苯、多环芳烃）、农药1.烃类的微生物降解途径(1)正烷烃（CH4除外）的降解有氧氧化降解途径烷烃→末端氧化、或次末端氧化、或双端氧化→生成醇→生成醛→生成脂肪酸；脂肪酸→β—氧化→三羧酸循环→最终降解成二氧化碳和水。(2)甲烷的降解途径能降解甲烷的是一群专一性微生物；如好氧型的甲基孢囊菌、甲基单胞菌、甲基球菌、甲

2、基杆菌等。(3)烯烃的微生物降解途径烯烃→饱和末端氧化→与正烷烃相同的途径→不饱和脂肪酸；烯烃→不饱和末端双键环氧化→环氧化合物→开环→二醇→饱和脂肪酸。七、氮及硫的微生物转化1．氮的微生物转化氮在环境中的三种主要形态空气中的分子氮。有机氮化合物（蛋白质、核酸等）无机氮化合物（铵盐、硝酸盐等）同化绿色植物和微生物吸收硝态氮和铵态氮，组成机体中蛋白质、核酸等含氮有机物质的过程。氨化生物残体中的有机氮化合物，经微生物分解成氨态氮的过程则称为氨化。硝化(亚硝化)氨在有氧条件下通过微生物作用，氧化成硝酸盐(亚硝酸盐)的过程称为硝化。反硝化硝酸

3、盐在厌氧条件下，通过微生物作用而还原的过程。固氮通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程。(1)硝化过程硝化的两个阶段亚硝化硝化细菌分别从亚硝化和硝化过程中取得能量，均是以二氧化碳为碳源进行生活的自养型细菌。(2)反硝化过程反硝化的三种情形：①将硝酸盐还原为亚硝酸：包括细菌、真菌和放线菌在内的多种微生物。②硝酸盐还原成氮气：包括兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等能。(2)反硝化过程③将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨：包括梭状芽孢杆菌等所形成的氨可成为菌体合成自身的氨基酸等含氮物质的原料。(2)反硝化过程微生物进行反硝化的条件厌氧环境(溶解氧<0.

4、2mg/L)，环境氧分压愈低，反硝化愈强。有丰富的有机物作为碳源和能源(碳氮比>3)；有硝酸盐作为氮源；pH中性至微碱性(pH7.0-8.5)；温度20℃-35℃。(3)固氮通过微生物的作用把分子氮转化为氨的过程称为固氮。此时，氨不释放到环境中，而是继续在机体内进行转化，合成氨基酸，组成自身蛋白质等。固氮必须在固氮酶催化下进行：环境中进行固氮作用的微生物好氧根瘤菌(共生固氮微生物,与豆科植物共生)。厌氧梭状芽孢杆菌(自生固氮微生物，土壤中)厌氧蓝细菌（光合型固氮微生物,水体中）2．硫的微生物转化硫是生命所必需的元素。硫在环境中有单质硫

5、、无机硫化合物和有机硫化合物三种存在形态。三种硫形态可在微生物及其他生物作用下进行相互转化。(1)含硫有机物的降解环境中的含硫有机物质含硫的氨基酸（甲硫氨酸、半胱氨酸），磺氨酸等。含硫有机物的微生物降解产物在好氧条件下是硫酸，在厌氧条件下是硫化氢。半胱氨酸的微生物降解：(2)无机硫的硫化（sulfuroxidation）硫化:硫化氢、单质硫等在微生物（硫杆菌，硫磺菌）作用下进行氧化，最后生成硫酸的过程。硫杆菌广泛分布于土壤、天然水及矿山排水中，它们绝大多数是好氧菌，有的能氧化硫化氢至硫，有的能氧化硫至硫酸：硫磺菌：氧化H2S为单质硫，

6、再至硫酸(3)无机硫的反硫化（Desulfurization）反硫化：硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物作用下还原生成硫化氢的过程。脱硫弧菌：生长在缺氧的水体和土壤淹水及污泥中，利用硫酸根作为氧化有机物质的受氢体：反硫化是海水中H2S的主要来源。八、重金属元素的微生物转化1.汞1)汞的存在形态与毒性汞在环境中的存在形态：金属汞、无机汞化合物、有机汞化合物。汞的毒性：有机汞(甲基汞)＞金属汞＞无机汞化合物甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，毒性比无机汞大50—100倍。水俣病为甲基汞中毒2)汞的生物甲基化汞的生物甲基化在好氧或厌氧条件下，水体底质中某

7、些微生物使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞的过程。常见甲基化微生物甲烷菌，萤光假单胞菌等甲基化酶甲基钴氨蛋氨酸转移酶甲基化辅酶甲基钴氨素（甲基维生素B12）CH3B12汞的甲基化途径甲基负离子迁移：N5-甲基四氢叶酸N5-甲基四氢叶酸为甲基正离子供体3)汞的生物去甲基化抗汞微生物能使甲基汞或无机化合物变成金属汞，称为汞的生物去甲基化。常见的抗汞微生物是假单胞菌属。2．砷１)砷在环境中的重要存在形态五价无机砷化合物[As(V)]、三价无机砷化合物[As(Ⅲ)]、一甲基胂酸[CH3AsO(OH)2]及其盐、二甲基胂酸[(CH3)2AsO

8、(OH)]及其盐三甲基胂氧化物[(CH3)3AsO]、三甲基胂[(CH3)3As]、砷胆碱[(CH3)3As+CH2CH2OH]、砷甜菜碱[CH3)3AsCH2COO-、砷糖等。2)砷的毒性砷是一种毒性很强的元素砷毒性的